Detalių apdirbimo įtaka dilimui ir nuovargiui

Praktikoje dažnai susiduriama su detalių patikimumo problemomis, ypač tuomet, kai medžiaga deformuojasi plastiškai. Elektromechaninis detalių apdirbimas (EMA) mažaciklio apkrovimo sąlygomis yra mažai tyrinėtas. Lyginant elektromechaniniu būdu metalo paviršių ir jį kietinant, keičiasi paviršiaus ir negiliai nuo paviršiaus esančio metalo savybės. Nustatyta, kad sumažinus elektromechaninio apdirbimo greitį arba padidinus praėjimų skaičių nuo 1 iki 3-4, apdirbtas paviršius esti glotnesnis. Glotniausias paviršius gaunamas, panaudojus maždaug 500 – 650 A srovę ir apie 800 N spaudimą. Kodėl elektromechaniniu būdu apdirbtas paviršius tampa glotnesniu? Apdirbant šiuo būdu elektros srovė įkaitina paaviršiaus mikronelygumus, o įrankis juos mechaniškai sulygina. Aišku, apdirbant mažesniu greičiu ir stipresne srove, labiau įkaista mikronelygumai, o didesne jėga spaudžiamas prie apdirbamojo paviršiaus įrankis juos geriau išlygina. Toliau keičiant minėtus režimus, glotnų paviršių galima sugadinti, nes nuo didelio įkaitimo greičiau nudyla apdirbančioji kietlydininė plokštelė. Jos nudilęs nelygus paviršius pradeda draskyti metalą. Esant per didelei spaudimo jėgai, įrankis gali išdraskyti paviršių. Šiurkštesniam paviršiui apdirbti reikia naudoti stipresnę srovę ir jėgą. Glotnesniam paviršiui pakanka švelnesnių režimų. Jeigu elektromechaniniu būdu apdirbtą metalą peerpjausime, paruošime iš jo mikrošlifą ir į išėsdintą mikrošlifą pažiūrėsime pro metalografinį mikroskopą, tai pamatysime jame vaizdą, panašų į parodyta 1 paveiksle. Negiliai nuo metalo paviršiaus matosi baltas sluoksnelis. Išmatavus šio sluoksnelio kietumą prietaisu PMT-3, matyti, kad sluoksnelis yra kietesnis už kiečiausiai užgrūdintą pl

lieną. Taigi baltasis sluoksnelis, tarytum koks kiaukutas, apgaubia detalę ir prailgina jos amžių, padidina patvarumą. Mokslininkai, tirdami metalo struktūrą, jau seniai pastebėjo baltas juosteles. Tokios juostelės atsiranda, stipriai smogus į plieną, be to, jos susidaro patrankų vamzdžiuose, trinties paviršiuose ir kitur. Jų atsiradimo procesas dar nėra visai išaiškintas. Manoma, kad sluoksnelis yra martensitinės struktūros. Jo susidarymui turi įtakos metalo įkaitimas, intensyvi jo deformacija ir greitas šilumos išsklaidymas visame detalės tūryje. Savotiška smulki struktūra gaunama todėl, kad apdirbant metalas spaudžiamas, o grūdinant sluoksnelis greitai atšąla. Elektromechaniniu būdu apdirbtos detalės paviršiuje gaunamas ištisinis norimo storio baltas sluoksnis. Norėdami nustatyti balto sluoksnio įtaką detalės darbui, jos amžiui, tyrinėtojai bandė detales įvairiomis darbo sąlygomis Kaip buvo kalbėta anksčiau, dalis mašinų detalių dirba kintamo apkrovimo sąlygomis irr lūžta dėl nuovargio. Labai svarbu padidinti tokių detalių atsparumą nuovargiui. Įvairių plienų paviršiaus sustiprinimo metodų efektyvumas [9] Anglinių ir legiruotų kons-trukcinių plienų apdirbimo metodas Bandiniai pagaminti iš plieno 40X. Prieš šlifavimą šešios bandinių serijos buvo normalizuotos, o kitos šešios užgrūdintos tepale ir atleistis, taikant žematemperatūrinį atleidimą. Grūdintų plienų kietumas 51 – 53 HRC. Bandiniai buvo elektromechaniškai apdirbti tokiais režimais: mm/aps, papildomai praeinant be srovės. Palyginę abi lenteles, matome, kad elektromechaniniu būdu apdirbtų stambių bandinių patvarumo riba padidėja maždaug tiek, kiek ir po gr
rūdinimo, įkaitinant aukšto dažnumo srovėmis, azotinimo ar cementavimo. Esant didesniam bandinio skersmeniui, elektromechaninio apdirbimo efektyvumas ne tik nemažėja, bet dažniausiai padidėja. Grūdintų detalių elektromechaninio apdirbimo efektyvumas beveik toks pat, kaip ir normalizuotų. Kauno Technologijos universitete atlikti elektromechaniškai apdirbtų bandinių varginimo eksperimentai parodė, kad po elektromechaninio apdirbimo padidėja bandinių patvarumo riba ir tada, kai papildomai nelyginama be srovės. Elektromechaniniu būdu apdirbto paviršiaus sluoksnyje susidaro liekamieji įtempimai. Martensitinės struktūros lyginamasis tūris yra didesnis, negu struktūros, buvusios prieš terminį apdirbimą. Dėl to elektromechaninio apdirbimo metu, struktūrai virstant martensitine, atsiranda gniuždymo įtempimai. Jeigu deformacijos temperatūra ne aukštesnė už vadinamąją temperatūrą Ac3, t.y. feritinio-austenitinio virsmo temperatūrą, tai metalas tik sutankėja, o jo grūdeliai susmulkėja. Kietlydininė plokštelė spaudžia paviršinį sluoksnį ir ištempia išorinės metalo gijas. Tokiu būdu susidaro liekamieji tempimo įtempimai. Minėtieji poveikiai nėra vieninteliai, dėl to liekamųjų įtempimų epiūros būna sudėtingos. Liekamieji įtempimai po elektromechaninio apdirbimo nėra visai ištirti, bet jau yra nustatyta, kad, pakeitus apdirbimo režimus, jie pasikeičia. Tuo būdu galima gauti reikiamo ženklo ir dydžio įtempimus. Aukštose temperatūrose dirbančių detalių paviršiaus kietumas ir kitos paviršinio sluoksnio savybės turi išlikti ir veikiant kaitrai. Ištirta, kad elektromechaniškai sukietintas plienas išlaiko didesnį kietumą aukštose temperatūrose, negu plienas po tūrinio grūdinimo arba po grūdinimo, įkaitinus aukšto dažnumo sr
rovėmis. 2 pav. Mikrokietumo įvairiuose sukietinto sluoksnio gyliuose h priklausomybė nuo elektromechaninio apdirbimo greičio ( plienas XBГ; P=60kG, I=550 A, 2 praėjimai, plokštelės geometrija : R=∞, r=21 mm): 1 – h=0.02 mm, 2 – h=0.03 mm, 3 – h=0.05, 4 – h=0.07, 5 – h=0.1 mm, 6 – h=0.15 mm, 7 – h=0.2 mm. Elektromechaniškai apdirbus, ne tik minėtosios paviršinio metalo sluoksnio savybės pasikeičia. Yra duomenų, rodančių, kad elektromechaniškai apdirbtas paviršius pasidaro atsparesnis korozijai, nuovargiui korozinėje aplinkoje ir kt. Tačiau šios sritys dar nėra nuodugniai ištyrinėtos. Baigiant kalbėti apie elektromechaninio apdirbimo įtaką paviršinio sluoksnio savybėms, reikia paminėti, kokią įtaką tokio apdirbimo parametrai turi sukietinto sluoksnio gyliui. B Askinazis nustatė, kad balto paviršinio sluoksnio gylis sumažėja, kai įrankio ir detalės lietimosi vieta gauna mažiau šilumos. Šis šilumos kiekis sumažės, jeigu padidinsime apdirbimo greitį, sumažinsime srovės stiprumą arba padidinsime pastūmą. Nuo sušinimo, mūsų eksperimentų duomenimis, sumažėja sukietinto sluoksnio gylis. Įrankio prispaudimo jėgos poveikis yra įvairesnis ir sluoksnio gyliui ne toks reikšmingas. Išdėstytiems teiginiams pailiustruoti 2 paveiksle parodyta mikrokietumo įvairiuose metalo sluoksniuose priklausomybė nuo elektromechaninio apdirbimo greičio. Matome, kad, esant didesniam greičiui, kietumas įvairiuose gyliuose būna mažesnis. 3.1 Įvairių rūšių plienų dilimo tyrimas po elektromechaninio apdirbimo Knygoje [ 4 ] A. Bražiūnas aprašo bandymą, kuriame tyrė elektromechaniškai kietintų plieninių ruošinių atsparumą dilimui. Palygino plieninių ruošinių atsparumą po elektromechaninio apdirbimo ir padarė išvadą, kad įvairūs pl
lienai po sukietinimo (kietinimas vyko vienodais rėžimais) įgauna skirtingo gylio ir mikrostruktūros sukietintą paviršinį sluoksnį. 3. pav. Įvairių plienų nudilusios juostelės pločio ir nudilusios metalo tūrio po 5220 m kelio palyginimo diagrama Bandymui atlikti buvo sumontuota speciali įranga, kuri smulkiai aprašyta knygoje. Tiriant plienų atsparumą dilimui vienodais rėžimais buvo sukietinti Y12A, Y10A, XBГ, XГ, 65Г, 45 plienų ruošiniai. Po tyrimų nubraižytuose grafikuose (3. pav. ) matosi, kad po 5220 m kelio atspariausias dilimui yra plienas Y12A. Po jo seka Y10A ir t.t. 3.2 Įvairiai apdirbtų plienų dilimo tyrimas po elektromechaninio apdirbimo Po to A. Bražiūnas pasirinko 45 plieno markės bandinius. Juos įvairiai apdirbo :1) – elektromechaniškai sukietino visą ruošinio paviršių dviem praėjimais; 2) – vienu praėjimu; 3) – sukietino tik juostele; 4) – užgrūdino ruošinį. 4. pav. Skirtingai apdirbtų paviršių bandinių iš plieno 45 nudilusios juostelės pločio ir nudilusio metalo tūrio po 5220 m. kelio palyginimo diagramos. Brėžinyje galima sulyginti juostelės išsinešiojimą cilindriniame paviršiuje ir apimtis nudilusio metalo prie įvairių apdirbimo plienų po 5220 m kelio. Matome, kad įvairiai elektromechaniškai apdirbti ruošiniai yra atsparesni negu grūdinti. Trečiame paveiksle galime matyti nudilusios juostelės priklausomybę tarp laiko ir kelio. 5.pav. Nudilusios juostelės pločio priklausomybė nuo laiko ir dilimo kelio Eksperimento rezultatai parodo, kad proceso pradžioje ruošiniai apdirbti elektromechaniškai vienu ar dviem praėjimais, išsidėvi beveik vienodai. Tai matosi lyginant 1 ir 2 ruošinių kreives po 1000m kelio. Didelis ruošinių dilimas, apdirbtų dviem praėjimais, aiškiai matosi po ilgesnio kelio, kada pradeda dilti kur kas gilesni sluoksniai. Lyginant ruošinių atsparumą dilimui su sukietinta juostele 3 ir visu paviršiumi sukietintu vienu 2 ir dviem 1 praėjimais parodo, kad bandiniai su sukietinta juostele neatsilieka ruošiniui apdirbtu vienu praėjimu. Eksperimento rezultatai parodo, kad elektromechaniškai apdirbtas plienas yra atsparesnis dilimui visais atvejais negu užgrūdintas plienas. 4. ELEKTROMECHANIŠKAI SUKIETINTŲ BANDINIŲ MAŽACIKLIO NUOVARGIO TYRIMAS Praktikoje dažnai susiduriama su detalių patikimumo problemomis, ypač tuomet, kai medžiaga deformuojasi plastiškai. Elektromechaninis detalių apdirbimas (EMA) mažaciklio apkrovimo sąlygomis yra mažai tyrinėtas. Taip pat nesutariama dėl „baltojo” sluoksnio struktūros ir jo stipruminių charakteristikų. Mažaciklio apkrovimo sąlygomis buvo tiriami plieno 45 korsetinio tipo bandiniai. 4.1. EMA režimai ir jų įtaka mažacikliam nuovargiui Elektromechaninio sukietinimo metu buvo naudojamasi šiais režimais: 1) kietlydinio plokštelės T15K6 prispaudimo jėga 2) elektros srovės stiprumas; 3) elektros srovės įtampa V; 4) įrankio pastūma aps/min. Nuo EMA režimų priklauso „baltojo” sluoksnio storis bei jo mikrokietumas Hu . Elektromechaninio apdirbimo metu kontakto zona įkaista daugiau nei 9110C. Todėl grūdeliai, būdami plastiškai ir veikiami įrankio prispaudimo jėgos, ištįsta, bet esant dideliam aušimo greičiui, susisluoksniuoja, sudarydami kietą (MPa) „baltąjį” sluoksnį, nes padidėjęs „baltojo” sluoksnio dislokacijų tankis dėl dislokacijų užsiblokavimo trukdo šioms judėti ir saugo po tuo sluoksniu esančią plastiškesnę metalo dalį. Tačiau, kai apkrovimo lygis per didelis, „baltajame” sluoksnyje greičiau gali atsirasti mikroįtrūkimų, pasinaikins sukietinimo efektas – detalė greičiau nuvargs ir suirs. 4.2. Standus mažaciklis apkrovimas Standaus apkrovimo metu, kai deformacijos amplitudė plieno 45 po EMA bandinių įtempimai Sk didėja maždaug iki 10 pusciklių (žr. 6 pav.). Per šiuos 10 pusciklių detalė kartu su „baltuoju” sluoksniu stiprėja, t.y. elektriomechaninio apdirbimo metu tekstūrizuoti segmentai mažaciklio apkrovimo sąlygomis pasiekia kritinį tankį, o paskui, tempimo metu, pradeda atsiskirti. Šie „baltojo” sluoksnio mikroįtrūkimai veikia ir po juo esantį pagrindinį metalą. Tačiau dėl grūdelių pailgos formos ir tekstūriškumo mikroįtrūkimai pasklinda po visą detalės „baltojo” sluoksnio ilgį. 6. pav. Mažaciklio nuovargio kreivės standaus apkrovimo metu, kai Standaus apkrovimo sąlygomis, atsižvelgiant į deformacijos amplitudę ea, mikroįtrūkimai pamažu plinta ir skverbiasi vidun pagrindinio metalo link. Šis „baltojo” sluoksnio laipsniškumas neleidžia kreivėms priartėti vienai prie kitos. Tas mikroįtrūkimas, kuris pirmas pasiekia pagrindinį metalą, ir suformuoja plyšį. Nesukietinto plieno 45 mažacikliam patvarumui įtakos didelė deformacijos amplitudė paviršiaus mikronelygumai, taip pat kritinis dislokacijų tankis. Žinoma, kad mažiau plastiška medžiaga suirs greičiau, todėl „baltasis” sluoksnis skatins plieno 45 po EMA irimą. Kai (žr. 7 pav.), matome, kad plieno 45 po EMA „baltasis” sluoksnis maždaug po 10 pusciklių pradeda silpnėti. 7 pav. Mažaciklio nuovargio kreivės standaus apkrovimo metu, kai =0.4% Dėl mažesnio deformavimo lygio, pirmasis mikroįtrūkimas pagrindinį metalą pasieks lėčiau. Kai tai standaus apkrovimo sąlygos „baltajam” sluoksniui įtempimų požiūriu (mažesni įtempimai Sk) yra palankesnės, todėl kietintos detalės mažaciklis patvarumas yra artimas pakietintos detalės patvarumui. Nekietintų plieno 45 detalių stiprėjimo procesas užsitęsia maždaug iki 20 pusciklių. Pagrindinė to priežastis yra didesnis nekietintos detalės plastingumas ir mažesnis .. 4.3. Minkštas mažaciklis apkrovimas Elektromechaniškai sukietinto ir nesukietinto plieno 45 kreivių pobūdis minkšto apkrovimo metu parodytas 8 pav. 8 pav. Mažaciklio nuovargio kreivės minkšto apkrovimo metu, kai įtempimų amplitudės: σa =610 MPa, σa =510 MPa σa =400MPa Esant minkštam apkrovimui, įtempimų amplitudė sa yra artima nekietinto plieno 45 stiprumo ribai (suMPa). Be to, gerokai skiriasi kietintos ir nekietintos detalės plastingumo „atsargos” (stiprėjimo galimybės), kas nulemia mažesnį kietintos detalės mažaciklį patvarumą. Kuo didesnė įtempimų amplitudė sa , tuo greičiau (per 1-2 pusciklius) „baltajame” sluoksnyje išnyks stiprėjimo efektas, kuris apsunkina deformaciją (siaurėja kilpos plotis). Jau po poros pusciklių „baltojo” sluoksnio tekstūra išsisluoksniuoja ir tokio bandinio kreivių pobūdis bus panašus į nekietinto. Mikroįtrūkimai dėl didelio sa sparčiau lokalizuojasi ir sudaro palankias sąlygas atsirasti plyšiui. Kadangi greitai išnyksta sukietinimo efektas, mažaciklio nuovargio kreivės sutampa. Kai įtempimų amplitudė sa, stiprėjimo procesas pasinaikina per 3 ar 4 pusciklius, todėl histerezės kilpos plotis siaurėja (žr. 8 pav.). Po to pradeda išsisluoksniuoti „baltojo” sluoksnio tekstūra, didėja pailgų grūdelių paslankumas kristalografinėse plokštumose, todėl ir histerezės kilpos plotis didėja. Sukietinimo efektas išsyk nepasinaikina. Todėl kreivės nesutampa. Čia galima įžvelgti skirtingo statinio deformuojamumo analogiją, taip pat turės įtakos mažesnė sa, kuri padės išsilaisvinti „baltojo” sluoksnio tekstūrai. „Baltas” sluoksnis stabdo detalės irimą ir didina detalės mažaciklį patvarumą. Kai sa 400 MPa, kietintos detalės mažaciklis patvarumas, kaip ir sa MPa atveju, bus didesnis nei nekietintos (žr. 8 pav.). Kreivių pobūdis panašus. Kietintos detalės stiprėjimo procesas užsitęsia iki 10 pusciklių. Tačiau kreivės artėja viena prie kitos ne dėl to, kad pasinaikina sukietinimo efektas, o dėl deformacijų reikšmių (kurios statinio apkrovimo metu yra artimos) panašumo, esant sa MPa. Kitaip kietintas bandinys atlaikytų mažaciklį ciklų skaičių. Plieno 45 mažaciklio ilgaamžiškumo duomenys ir rezultatai parodyti 3 lentelėje. 5. IŠVADOS 1. Elektromechaniškai apdirbtas plienas yra atsparesnis dilimui visais atvejais: už užgrūdintą plieną, tuo labiau ir už nekietintus plienus. 2. Elektromechaniniu būdu apdirbtų paviršių atsparumas abrazyviniam dilimui padidėja nuo 2 iki 5 kartų. Geri rezultatai gauti, bandant detales tiek abrazyvinio dilimo, tiek ir tepamų paviršių trinties sąlygomis. Kai kurie duomenys rodo, kad atsparumas dilimui padidėjo net dvyliką kartų. 3. Po EMA detalių paviršius tampa glotnesnis.

Leave a Comment